JP2001286451A

JP2001286451A - 筋電信号の正規化基準値算出方法、内的力基準値算出方法、収縮度算出方法、内的力算出方法及びこれらの装置

Info

Publication number: JP2001286451A
Application number: JP2000106301A
Authority: JP
Inventors: Yasuharu Koike; 康晴小池
Original assignee: Rikogaku Shinkokai
Current assignee: Rikogaku Shinkokai
Priority date: 2000-04-07
Filing date: 2000-04-07
Publication date: 2001-10-16

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】本発明は、運動部位の力の入れ方及びその方
向を示す内的力を可視化する内的力可視化装置に関す
る。さらに、そのために必要な正規化基準値、内的力基
準値、収縮度及び内的力を算出する方法及びその装置に
関する。【解決手段】本発明の内的力可視化装置は、筋電信号
検出手段、筋電信号を擬似張力に変換する変換手段、力
検出手段、内的力算出手段及び表示手段を備え、内的力
算出手段が、変換手段及び力検出手段の出力に基づい
て、トルク・擬似張力関係式及びトルク・内的力基準値
関係式を求め、擬似張力からトルク・擬似張力関係式及
びトルク・内的力基準値関係式によって内的力基準値を
求め、擬似張力と求められた内的力基準値との差を算出
して関節のトルクにおける収縮度を求め、伸筋群の収縮
度の和及び屈筋群の収縮度の和を算出し、これら和の差
を算出することによって内的力を求めて表示手段に表示
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動物が或る動作を
行っている場合における力の入れ方及びその方向を可視
化する内的力可視化装置に関する。さらに、本発明は、
動物の筋肉に発生する活動電位に基づく筋電信号を正規
化する基準値を求める正規化基準値算出方法、内的力を
求めるために必要な基準値を求める内的力基準値算出方
法、筋肉に実際に生じている擬似張力と内的力基準値と
の差を求める収縮度算出方法、及び、運動部位に生じて
いる硬さを示す内的力を算出する内的力算出方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】動物は、特に、人間は、他者の動作を真
似ることで所定の動作を取得することが多い。ゴルフ、
テニス、スキー、水泳などのスポーツ技能、大工、左
官、工場での組立作業などの生産技能、自動車操縦、ク
レーン操縦、生産機械操縦などの操縦技能、陶芸、日
舞、能、人形浄瑠璃などの芸能などのような様々な技能
を取得及び継承する場合、従来、取得者は、熟練者・熟
達者の運動軌道（動作）を見て学習するか、熟練者等の
運動軌道を撮影した記録映像を見て学習していた。

【０００３】また、動物の運動は、運動神経に支配され
る筋肉の収縮によって生じ、多くの骨格筋の協調によっ
て行われる。運動神経は、多数の運動神経繊維の束から
なり、個々の運動神経繊維は、数本から１００本以上の
筋繊維を支配している。１本の運動神経繊維の支配下に
ある筋繊維は、神経繊維のインパルスにより同時に活動
電位を発生して収縮するので、骨格筋の運動の単位と見
なすことができ、運動単位と呼ばれる。

【０００４】骨格筋が生体内にある状態でその活動電位
を示すものに筋電信号がある。この筋電信号は、筋肉が
全く弛緩している場合では活動電位は全く記録されず、
運動神経のインパルスにより筋肉の収縮が起こると活動
電位があらわれ記録される。活動電位の頻度は、収縮が
強くなるにつれて増大するが、これは、単一の運動単位
に伝えられる神経インパルス頻度の増大や、収縮にあず
かる運動単位の数の増加によるものである。

【０００５】このように動物の運動軌跡と筋電信号は、
一定の関係があるので、筋電信号から運動軌跡を求める
ことで、技能の取得・継承を図る試みも提示されてい
る。例えば、特開平０７−０２８５９２号公報では、使
用者の筋電信号を検出し、筋電信号から求めた擬似張力
に基づいて身体ダイナミックスモデルから、運動軌跡や
力軌跡を推定して運動をシミュレーションする装置及び
それらの算出方法が開示されている。特開平０７−３６
３６２号公報では、学習信号を筋電信号に変換して電気
刺激などを用いて最適な運動パターンを教える装置が開
示されている。これらは、筋肉に発生している張力その
もの、より正確には擬似張力そのものを示す装置であ
る。

【０００６】ここで、このような筋電信号を用いる場
合、観察される電極の電位と筋肉の張力とに直接的な対
応関係がない。そのため、各人それぞれの電極の電位と
筋肉の張力とを関係付けるため、従来、最大随意収縮力
（ＭＶＣ）を１として相対的に正規化する正規化方法が
とられてきた。最大随意収縮力は、被験者が最大である
と考えて出すその筋肉の張力である。従って、最大随意
収縮力は、被験者の恣意によるため、同じ筋肉であって
も時々で相違してしまう。

【０００７】一方、日常の運動に際しては、多くの場
合、特定の１つの筋肉だけが働くのではなく、同時に複
数の筋肉が働いている。このように１つの運動に際して
協力して働く筋肉を互いに共同筋といい、共同筋は、原
則として、１つの関節に対して同じ側に位置している。
これに対して互いに反対の働きをもつ筋肉を対抗筋（拮
抗筋）といい、対抗筋は、関節に対して反対側にある。
１つの運動に際しては、共同筋同士は同時に収縮するの
はもちろんであるが、そのとき対抗筋も或る程度は緊張
してその運動を調整している。筋肉は、収縮して張力の
みを発生するので、関節の角度を変えるためには、関節
の両側で拮抗的に働く１対の筋肉が必要だからである。
また、運動方向に依存しない呼び方で関節を伸ばす方向
に働く筋肉は、伸筋と呼ばれ、関節を曲げる方向に働く
筋肉は、屈筋と呼ばれる。関節を伸ばしている場合は伸
筋が主に活動しており、共同筋が伸筋に、対抗筋が屈筋
に当たる。

【０００８】従って、手や足などの運動部位から外部に
加えられる力が同じであっても、また、運動部位の運動
軌跡が同じであっても、伸筋の張力と屈筋の張力との組
み合わせが異なると、運動部位の硬さや力の方向が異な
ることになる。例えば、腕の肘関節を９０度に曲げて静
止又は動作している状態は、主に上腕２頭筋とこれに対
抗筋の関係にある上腕３頭筋との協調によって生じてい
る。簡単のため、関節中心から各筋肉までの距離が関節
角度によらず一定であると考えて、各筋肉の張力とモー
メントアームの積をトルクとする。この場合において、
上腕２頭筋のトルクが２５Ｎｍで上腕３頭筋のトルクが
５Ｎｍである場合も、上腕２頭筋のトルクが４５Ｎｍで
上腕３頭筋のトルクが２５Ｎｍである場合も、肘関節に
生じているトルクは、差である２０Ｎｍである。ところ
が、腕の硬直は、上腕２頭筋のトルクが４５Ｎｍで上腕
３頭筋のトルクが２５Ｎｍの方が、上腕２頭筋のトルク
が２５Ｎｍで上腕３頭筋のトルクが５Ｎｍの方より、大
きい。このことは、例えば、腕を押した場合、上腕２頭
筋のトルクが４５Ｎｍで上腕３頭筋のトルクが２５Ｎｍ
の方が上腕２頭筋のトルクが２５Ｎｍで上腕３頭筋のト
ルクが５Ｎｍの方より遙かに動かし難いことである。ま
た、例えば、両足を前後にやや開いて立っている状態に
おいて、ただ単に立っている状態と、足の筋肉により張
力を働かせて踏ん張って立っている場合とでは、足の硬
さは、後者の方が大きく、押された場合に後者の方が転
びにくい。

【０００９】このような運動部位の硬さを本明細書で
は、粘弾性と呼ぶことにする。粘弾性の大きさは、上述
の例で示すように、運動にあずかる複数の筋肉において
その張力の組み合わせによって変わるものである。上述
では、筋繊維が収縮によってその長さが変化して張力を
発生する場合について説明したが、筋繊維は、収縮によ
って長さは変化しないがその張力を増加する働きもあ
る。このような収縮を等尺性収縮という。例えば、腹圧
を加える場合における腹筋の働きがこれである。このよ
うな等尺性収縮の場合にも、同様に粘弾性を考えること
ができる。例えば、腹圧を大きく加えた場合では、腹筋
は堅く、腹圧を加えない場合では、腹筋は柔らかい。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、技能は、取
得者が熟練者等のその運動軌跡をただ単に真似ただけで
は、完全には取得・継承したことにならないのは、周知
のことである。例えば、ゴルフのパットなどでは、手の
硬さが異なると同じ運動軌跡でもボールに伝わる力が異
なるため、ボールの軌跡が同じにならない。そのため、
取得者は、熟練者の運動軌跡を真似たとしてもカップを
外すことになる。水泳のクロールなどでは、腕を肩を中
心に旋回させるのであるが、旋回のどの位置において力
を入れて水を掻くかによって、推進力に違いが生じ速さ
に違いが生じる。また、陶芸においてろくろで鉢を製作
する場合などでは、粘土を扱う手の硬さの相違及び鉢の
内側から外側に向けて力を入れるのか又は鉢の外側から
内側に向けて力を入れるのかの相違によって鉢の形状及
び肉厚に違いが生じてしまう。さらに、野球において投
手がカーブを投げる場合に、ボールを同じように握って
投げたとしても手指の硬さによってよく曲がったり曲が
らなかったりする。

【００１１】このように技能を取得する場合では、運動
軌跡はもちろんのこと、その運動部位の硬さ及び力の方
向も取得することが重要である。このような運動部位の
硬さの違い及び力の方向の違いは、動作に寄与する複数
の筋肉における張力の組み合わせの相違によるものであ
り、内的な力の関係によるものである。しかしながら、
従来の方法では、運動の結果として生じた物理的変化を
記録して運動軌跡を取得者に示すだけであり、このよう
な運動部位の硬さ及び力の方向を示すこと、即ち、内的
力の関係を示すことができないという問題があった。運
動の結果として生じる力や運動軌跡は、伸筋の張力と屈
筋の張力との差だけが外部から観察されるものだからで
ある。

【００１２】そして、従来の筋電信号の正規化方法で
は、被験者が異なると最大随意収縮力が異なるため、被
験者間で筋電信号を正規化することができないという問
題があった。さらに、同一被験者でも、測定用電極の着
脱毎に電極の装着状態が相違するため、電極間の抵抗値
が異なってしまう。そのため、測定毎に表面電位が相違
するため、筋電信号から関節角度を推定することが困難
であるという問題もあった。

【００１３】そこで、本発明では、被験者に拘わらず正
規化することができる筋電信号の正規化基準値算出方法
及びその装置を提供することを目的とする。そして、本
発明では、新たに開発された内的力の基準を求めること
ができる内的力基準値算出方法及びその装置を提供する
ことを目的とする。さらに、本発明では、この内的力基
準に基づき、収縮度を求めることができる収縮度算出方
法及び内的力を求めることができる内的力算出方法、並
びに、これら計算結果を表示することができる内的力可
視化装置を提供することを目的とする。これにより、内
的力の可視化が可能となる。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の手段で
は、筋電信号を正規化するための正規化基準値を求める
正規化基準値算出方法は、力検出手段が所定の一定力を
検出した場合における筋電信号を複数計測する第１ステ
ップと、これら複数の筋電信号を擬似張力にそれぞれ変
換する第２ステップと、これら複数の擬似張力の中から
最大値を求め、この最大値を正規化基準値とする第３ス
テップとを備えて構成される。

【００１５】本発明の第２の手段は、正規化基準値算出
装置は、複数の筋肉の活動電位に基づく筋電信号を検出
する筋電信号検出手段と、この筋肉が発生する張力に対
応する擬似張力に筋電信号を変換する変換手段と、力を
検出する力検出手段と、変換手段と力検出手段の出力が
入力され、力検出手段に所定の一定力が検出された場合
における複数の擬似張力を計測し、これら複数の擬似張
力の中から最大値を求める正規化基準値算出手段とを備
えて構成される。

【００１６】このような正規化基準値算出方法及びその
装置では、電極の装着状態に依存しない外部の一定値と
筋電信号とを対応付けるので、装着状態の相違による抵
抗値の相違を吸収することができる。そのため、被験者
間で筋電信号及びこの筋電信号から求まる関節のトルク
を比較することが可能となる。本発明の第３の手段で
は、関節の或るトルクにおける内的力を求めるために、
この関節の或るトルクに対応する内的力基準値を求める
内的力基準値算出方法は、筋電信号とこの筋電信号にお
けるこの関節を含む運動部位の先端の力を複数計測する
第１ステップと、計測されたこれら複数の力から関節の
トルクを計算する第２ステップと、この或るトルクに対
応するこれら複数の擬似張力の中から最小値を求め、こ
の最小値をこの或るトルクに対応する内的力基準値とす
る第３ステップとを備えて構成される。

【００１７】本発明の第４の手段では、内的基準値算出
装置は、複数の筋肉の活動電位に基づく筋電信号を検出
する筋電信号検出手段と、筋肉が発生する張力に対応す
る擬似張力にこの筋電信号を変換する変換手段と、力を
検出する力検出手段と、変換手段の出力及び力検出手段
の出力に基づいて、内的力基準値を求める内的力基準値
算出手段とを備えて構成される。

【００１８】関節の或るトルクにおける筋電信号は、或
る幅をもって分布していることが分かる。これは、前述
したように、運動部位が外部に及ぼす力が同じでも、即
ち、関節のトルクが同じでも、屈筋の張力と伸筋の張力
との組み合わせが無数にあるためである。筋電信号の最
小値は、筋肉を最も効率よく働かせて関節のトルクを発
生させた場合の値であると考えられる。そのため、この
最小値を内的力の基準値とすることで、内的力を評価す
ることができるようになる。

【００１９】よって、このような内的力基準値算出方法
及びその装置では、内的力基準値を求めることができ
る。本発明の第５の手段では、収縮度算出方法は、関節
のトルクと該トルクにおける擬似張力との関係を示すト
ルク・擬似張力関係式を求める第１ステップと、関節の
トルクとこのトルクにおける内的力基準値との関係を示
すトルク・内的力基準値関係式を求める第２ステップ
と、運動部位に生じた筋電信号を計測する第３ステップ
と、この筋電信号を擬似張力に変換する第４ステップ
と、変換された擬似張力からトルク・擬似張力関係式に
よってトルクを算出し、算出されたトルクからトルク・
内的力基準値関係式によって内的力基準値を算出する第
５ステップと、変換された擬似張力と算出された内的力
基準値との差を算出することによって、この関節のトル
クにおける収縮度を求める第６ステップとを備えて構成
される。

【００２０】本発明の第６の手段では、内的力算出方法
は、第５の手段の収縮度算出方法によって各筋肉の収縮
度を算出する第１ステップと、関節の運動に対して伸筋
である筋肉について、算出された収縮度の和を算出する
ことによって、伸筋群収縮度を算出する第２ステップ
と、関節の運動に対して屈筋である筋肉について、算出
された収縮度の和を算出することによって、屈筋群収縮
度を算出する第３ステップと、伸筋群収縮度と屈筋群収
縮度との差を算出することによって、内的力を求める第
４ステップとを備えて構成される。

【００２１】本発明の第７の手段では、内的力可視化装
置は、複数の筋肉の活動電位に基づく筋電信号を検出す
る筋電信号検出手段と、この筋肉が発生する張力に対応
する擬似張力に筋電信号を変換する変換手段と、力を検
出する力検出手段と、変換手段の出力及び力検出手段の
出力に基づいて、関節のトルクとこのトルクにおける擬
似張力との関係を示すトルク・擬似張力関係式を求め、
関節のトルクとこのトルクにおける内的力基準値との関
係を示すトルク・内的力基準値関係式を求め、擬似張力
からトルク・擬似張力関係式によってトルクを算出して
算出されたトルクからトルク・内的力基準値関係式によ
って内的力基準値を求め、擬似張力と求められた内的力
基準値との差を算出することによってこの関節のトルク
における収縮度を求める収縮度算出手段と、この収縮度
を表示する表示手段とを備えて構成される。

【００２２】本発明の第８の手段では、第７の手段に記
載の内的力可視化装置において、関節の運動に対して伸
筋である筋肉について収縮度の和を算出することによっ
て伸筋群収縮度を算出し、この関節の運動に対して屈筋
である筋肉について収縮度の和を算出することによって
屈筋群収縮度を算出し、伸筋群収縮度と屈筋群収縮度と
の差を算出することによって内的力を求める内的力算出
手段をさらに備え、表示手段は、さらに内的力も表示す
ることで構成される。

【００２３】このような収縮度算出方法、内的力算出方
法及び内的力可視化装置では、内的力を求めることがで
き、さらに、取得者は、技能の取得が容易となる。本発
明の第９の手段では、正規化基準値算出方法において、
所定の運動部位に所定の一定力を発生させた場合におけ
る筋電信号を計測する第１ステップと、第１ステップで
計測された筋電信号の中から最大値を求め、この最大値
を正規化基準値とする第２ステップとを備えて構成され
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】次に、請求項１乃至請求項９に記
載の本発明に対する実施形態について図面に基づいて説
明する。（実施形態の構成）本実施形態は、内的力可視化装置の
実施形態である。

【００２５】図１は、本実施形態における内的力可視化
装置の構成を示す図である。図１（ａ）及び（ｂ）にお
いて、内的力可視化装置は、表面電極２１-1〜２１-10
、信号処理部２２、６軸力覚センサ２３、画像入力装
置２４、表示装置２５及び記録装置２６を備えて構成さ
れる。信号処理部２２は、差動増幅器（以下、「ＤＩＦ
Ａ」と略記する。）３１-1〜３１-10 、割り算回路（以
下、「ＤＩＶ」と略記する。）３２-1〜３２-10 、全波
整流器（以下、「ＦＷＲＣ」と略記する。）３３-1〜３
３-10 、低域通過フィルタ（以下、「ＬＰＦ」と略記す
る。）３４-1〜３４-10 、中央処理装置（以下、「ＣＰ
Ｕ」と略記する。）３５及びメモリ３６を備えて構成さ
れる。

【００２６】複数の表面電極２１-1〜２１-10 は、測定
対象となる運動部位に装着され、運動部位に関係する筋
肉の活動電位を検出する。この表面電極の直径は、約１
０ｍｍであり、１組の表面電極２１は、筋繊維に沿って
電極間の距離を１５ｍｍとして身体に貼られる。本実施
形態では、筋電信号は、皮膚の表面に電極を張り付ける
ことによって活動電位を記録する表面誘導法により測定
される。表面電極の組数は、測定すべき筋肉によって決
定され、この測定対象の筋肉は、測定対象とする運動部
位によって決定される。本実施形態では、後述されるよ
うに人腕の運動を測定するため、１０箇所の筋肉の筋電
信号を測定するため、表面電極２１-1〜２１-10 は、１
０組である。

【００２７】検出は、サンプリング周期２ｋＨｚ、１２
ビット（ｂｉｔ）でサンプリングされ、各表面電極２１
-1〜２１-10 からの各筋電信号は、ＤＩＦＡ２２-1〜２
２-10 で所定のレベルまでそれぞれ増幅される。増幅さ
れた各筋電信号は、それぞれＤＩＶ３２-1〜３２-10 に
入力され、所定の値で割り算される。この所定の値につ
いては、後述する。

【００２８】割り算された各筋電信号は、全波整流器３
３-1〜３３-10 にそれぞれ入力され、全波整流される。
筋電信号毎に、この全波整流した信号を１０点毎に平均
を計算し（ＥＧＭave ）、さらに、式１に基づき５点毎
の移動平均を計算する（ＥＭＧma）。このようにして求
めた値ＥＭＧmaを平滑筋電信号と呼ぶ。

【数１】この各平滑筋電信号は、それぞれＬＰＦ３４-1〜３４-1
0 に入力される。結局、２００Ｈｚでサンプリングされ
たことになる。ＬＰＦ３４-1〜３４-10 は、各平滑筋電
信号を擬似張力にそれぞれ変換して出力する。

【００２９】擬似張力は、各筋肉が発生する張力に対応
する値である。ＬＰＦ３４-1〜３４-10 は、２次系のフ
ィルタであり、その遮断周波数は、擬似張力と筋肉が実
際に発生している張力との対応を正確にする観点から、
数Ｈｚ、より好ましくは１Ｈｚ〜３Ｈｚ、さらにより好
ましくは２Ｈｚ〜３Ｈｚに設定される。本実施形態で
は、２Ｈｚに設定された。

【００３０】随意運動では、上位の中枢から伝達される
インパルスが脊髄のα運動ニューロンを介して各筋肉に
伝達され、活動電位が発生して筋肉が収縮し、各関節に
トルクを生じさせて所望の運動が起こる。筋電信号を低
域通過フィルタで変換した出力信号である擬似張力は、
α運動ニューロンの発火頻度を反映していると期待され
るため、筋肉が実際に生じている張力にほぼ等しいと考
えられる。

【００３１】時刻ｎにおける擬似張力Ｔ（ｎ）は、式２
で与えられる。

【数２】これは、Ｗi をインパルス応答とするＦＩＲフィルタに
なっている。本実施形態では、インパルス応答ｈ（ｔ）
を式３のようにおいた。

【数３】図２は、筋電信号から擬似張力を求める各段階における
信号の一例を示す図である。

【００３２】各図の縦軸は、信号レベルを示し、横軸
は、時間を示す。図２の上段の図は、正規化された筋電
信号（図１のａ）、図２の中段の図は、ＥＭＧave （図
１のｂ）、そして、図２の下段の図は、ＥＭＧma及び擬
似張力Ｔ（ｎ）（図１のｃ）である。なお、図２の下段
の図において、細かいギザギザの線がＥＭＧmaであり、
滑らかな太線が擬似張力Ｔ（ｎ）である。

【００３３】ＬＰＦ３４-1〜３４-10 の出力信号（擬似
張力）は、ＣＰＵ３５に出力され、後述する処理が施さ
れてＣＲＴなどの表示装置２５にその処理結果が表示さ
れる。さらに、出力信号は、処理結果などがプリンタな
どの記録装置２６に記録される。一方、被験者は、手で
６軸力覚センサ２３の握部２３-1を握るように掴み、被
験者の手先の力が計測される。６軸力覚センサ２３の出
力は、ＣＰＵ３５に出力される。力は、表示装置２５に
示されるカーソルが移動することによって示され、その
カーソルの軌跡が力の軌跡として表示される。

【００３４】６軸力覚センサ２３は、棒状の握部２３-1
が基部２３-2に固定的に突設され、握部２３-1の底部に
備えられた圧電素子によって握部２３-1に加えられた力
が検出される。また、被験者の様子は、ビデオカメラな
どの画像入力装置２４で撮影され、ＣＰＵ３５を介して
表示装置２５に表示される。

【００３５】そして、メモリ３６には、正規化基準値を
算出するためのプログラム、内的力基準値を算出するた
めのプログラム、収縮度を算出するためのプログラム、
内的力を算出するためのプログラム、これらプログラム
実行中の各種値、表面電極２１-1〜２１-10 からの出
力、６軸力覚センサ２３からの出力などが格納される。
（本発明と本実施形態との対応関係）請求項２に記載の
発明と本実施形態との対応については、筋電信号検出手
段は表面電極２１に対応し、変換手段はＤＩＶ３２、Ｆ
ＷＲＣ３３及びＬＰＦ３４に対応し、力検出手段は６軸
力覚センサ２３に対応し、正規化基準値算出手段はＣＰ
Ｕ３６に対応する。

【００３６】請求項４に記載の発明と本実施形態との対
応については、筋電信号検出手段は表面電極２１に対応
し、変換手段はＤＩＶ３２、ＦＷＲＣ３３及びＬＰＦ３
４に対応し、力検出手段は６軸力覚センサ２３に対応
し、内的基準値算出手段はＣＰＵ３６に対応する。請求
項７に記載の発明と本実施形態との対応については、筋
電信号検出手段は表面電極２１に対応し、変換手段はＤ
ＩＶ３２、ＦＷＲＣ３３及びＬＰＦ３４に対応し、力検
出手段は６軸力覚センサ２３に対応し、収縮度算出手段
はＣＰＵ３６に対応し、表示手段は表示装置２５又は記
録装置２６に対応する。

【００３７】請求項８に記載の発明と本実施形態との対
応については、筋電信号検出手段は表面電極２１に対応
し、変換手段はＤＩＶ３２、ＦＷＲＣ３３及びＬＰＦ３
４に対応し、力検出手段は６軸力覚センサ２３に対応
し、収縮度算出手段及び内的力算出手段はＣＰＵ３６に
対応し、表示手段は表示装置２５又は記録装置２６に対
応する。

【００３８】（本実施形態の作用効果）内的力可視化装
置は、正規化基準値の計測、内的力基準値の演算（Ｔmi
n ＝ｆ（τ））、トルク・擬似張力関係式（τj ＝ｆ
（Ｔ））の演算、収縮度の演算、及び、内的力の表示が
行われる。（正規化基準値の計測）筋電信号の正規化は、第１ステ
ップとして、運動部位に所定の力を発生させ、この場合
における各筋肉の筋電信号を表面電極２１-1〜２１-10
によって計測する。

【００３９】第２ステップとして、各筋肉毎に擬似張力
の最大値を求める。この最大値が、各筋肉毎に求められ
た、各筋肉の筋電信号を正規化するための正規化基準値
である。次に、より具体的に測定結果について説明す
る。図３は、表面電極のだいたいの装着位置と筋肉との
関係を示す図である。

【００４０】図４、肘関節角度９０度・肩関節角度４５
度の２関節運動における正規化データ取得の状況を示す
図である。説明を簡単にするため本実施形態では、測定
は、水平面内における人腕の２関節運動について行われ
た。複数の表面電極２１-1〜２１-10 は、人腕の１０個
の筋肉で生じる筋電信号を測定するため、図３に示すよ
うに、肩関節の伸筋・屈筋としての(1) ＤＬＳ、(2) Ｄ
ＬＡ、(3) ＤＬＣ、(4) ＴＥＭ及び(5) ＰＭＪ、肩・肘
の２関節筋としての(6) ＴＲＬ及び(7) ＢＩＬ、肘関節
の伸筋・屈筋としての(8) ＴＲＡ、(9) ＴＲＭ及び(10)
ＢＲＣに装着された。

【００４１】ここで、ＤＬＳは三角筋前部、ＤＬＡは三
角筋上部、ＤＬＣは三角筋後部、ＴＥＭは大円筋、ＰＭ
Ｊは大胸筋、ＴＲＬは上腕三頭筋長頭、ＢＩＬは上腕二
頭筋長頭、ＴＲＡは上腕三頭筋外側頭、ＴＲＭは上腕三
頭筋内側頭、及び、ＢＲＣは上腕筋である。被験者は、
図１（ａ）に示すように、手先、肘及び肩が同一水平面
になるように椅子に座る。筋電信号は、図４（ａ）に示
すように、肩の関節を４５度、肘の関節を９０度に設定
（固定）し、等尺性収縮により手先で例えば４０Ｎの力
を発生させて測定される。力は、すべての筋肉を活性化
させるため、図４（ｂ）に示すように、正のＸ方向から
１２方向に反時計回りに発生させる。また、次の方向に
力の発生方向を変える度に、力を抜き０Ｎに戻す。これ
は、被験者に４０Ｎ以上の力を発生させないようにする
ためである。

【００４２】被験者がこのように手先に力を発生させて
いる間、表面電極２１-1〜２１-10からの出力は、上述
の信号処理により擬似張力に変換されて、ＣＰＵ３５に
取り込まれる。この正規化基準値の計測の場合では、Ｄ
ＩＶ３２-1〜３２-10 の所定の値は、１に設定される。
即ち、ＤＩＶ３２-1〜３２-10 は、入力をそのまま出力
する。

【００４３】そして、６軸力覚センサ２３からの出力も
ＣＰＵ３５に取り込まれる。ＣＰＵ３５は、これら取り
込んだ値をメモリ３６に記録されるとともに、表示装置
２５に表示され、記録装置２６に記録される。図５は、
力の軌跡と筋電信号の最大値が記録された位置とを示す
図である。被験者は、各方向毎に上述の状態で表示装置
２５を見ながら、図５に示すように、表示装置２５に示
される円上にカーソルが一致するように力を発生させ
る。この円は、６軸力覚センサに加わる力が４０Ｎであ
ることを示す円であり、被験者がこの円上にカーソルを
一致させることによって所定の力、即ち、４０Ｎの力を
発生させるようにしている。測定は、２６秒間２回行わ
れた。

【００４４】ＣＰＵ３５は、取り込まれた擬似張力か
ら、筋肉毎に擬似張力の最大値を求める。この擬似張力
の最大値が、正規化基準値である。ＣＰＵ３５は、筋肉
毎に対する正規化基準値を表示装置２５に表示するとと
もに記録装置２６に記録する。図４に示す＊印は、この
ように求められた各筋肉の正規化基準値（擬似張力の最
大値）を示す。各丸数字は、前述の筋肉に対応してい
る。

【００４５】この測定結果から各筋肉の正規化基準値
は、(1) ＤＬＳが５６．８、(2) ＤＬＡが３８．７、
(3) ＤＬＣが６０．６、(4) ＴＥＭが１３．８、(5) Ｐ
ＭＪが４１．５、(6) ＴＲＬが３１．９、(7) ＢＩＬが
１４．１、(8) ＴＲＡが２３．５、(9) ＴＲＭが２１．
２、及び(10)ＢＲＣが２０．４である。そして、このよ
うに求めた各正規化基準値を、ＤＩＶ３２-1〜３２-10
の所定の値として、筋肉に対応させてそれぞれに設定す
る。これによって、表面電極２１-1〜２１-10 から得ら
れる筋電信号と擬似張力との間に、一定の対応関係を作
ることができる。

【００４６】このような正規化基準値で筋電信号を正規
化するので、装着状態の相違による抵抗値の相違を吸収
することができる。そのため、被験者間で筋電信号及び
この筋電信号から求まる擬似張力及び関節のトルクなど
を比較することが可能となる。なお、本実施形態では、
所定の力として４０Ｎの場合において、正規化基準値を
求めたが、他の力、例えば、３０Ｎの力を発生させて正
規化基準値を求めてもよい。

【００４７】また、本実施形態では、人腕における上記
(1) 乃至(10)に対応する正規化基準値を求めたが、他の
運動部位における筋肉についても同様に求めることがで
きる。（内的力基準値の演算、トルク・擬似張力関係式の演
算）上述したように筋肉毎に正規化基準値を求め、表面
電極２１-1〜２１-10 が装着される位置（筋肉）に従
い、ＤＩＶ３２-1〜３２-10 毎に所定の値として各正規
化基準値を設定した後に、以下のように測定し、内的力
基準値及びトルク・擬似張力関係式を演算する。

【００４８】内的力基準値の演算は、第１ステップとし
て、運動部位に所定の力を発生させ、この場合における
擬似張力を計測する。第２ステップとして、その力にお
ける運動部位の関節のトルクを計算する。関節のトルク
は、伸筋と屈筋の発生するトルクの差によって生じ、周
知のヤコビアン法を用いて計算することができる。

【００４９】第３ステップとして、計算された関節のト
ルクを小さい順に並べ替え、その場合における擬似張力
も並び替える。第４ステップとして、第３の並び替えの
結果、最小値の擬似張力と関節のトルクとの関係式を求
める。これにより、関節の各トルクにおける内的力基準
値が一括して求められる。

【００５０】次に、より具体的に測定について説明す
る。筋電信号は、手先に発生させる力を変えることを除
き、正規化基準値と同様に、測定される。発生させる力
は、等尺性収縮により手先で１０Ｎ、２０Ｎ、３０Ｎ、
及び、４０Ｎである。図６は、各力の軌跡を示す図であ
る。

【００５１】上述のように手先に発生させた力を６軸力
覚センサ２３で測定し、その測定結果をＣＰＵ３５を介
して表示装置２５及び記録装置２６に出力した図であ
る。ここで、６軸力覚センサ２３で測定される手先の力
は、ヤコビアン法によって関節のトルクに変換される。
例えば、２次元座標の場合には、手先の座標（ｘ、ｙ）
は、肘及び肩の関節角度（θ1 、θ2 ）とすると、Ｘ＝ｆ（θ）・・・（４）と表現することができる。この場合にｄＸ＝Ｊ（θ）ｄθ ・・・（５）を計算したときにおけるＪ（θ）がヤコビ行列である。
関節のトルクτ（τｘ、τｙ）は、手先の力Ｆ（Ｆｘ、
Ｆｙ）及びこのヤコビ行列を用いて τ＝Ｊ^TＦ・・・（６）として計算される。

【００５２】ＣＰＵ３５は、このヤコビアン法によっ
て、図６に示す力の軌跡から肩関節のトルク及び肘関節
のトルクを求め、その結果を表示装置２５及び記録装置
２６に出力する。図７は、力の測定結果及び関節のトル
クを示す図であり、このＣＰＵ３５の出力結果である。

【００５３】図７の最上段の図は、時系列で表示したｘ
方向の力Ｆｘを示し、２段目の図は、時系列で表示した
ｙ方向の力Ｆｙを示す。これらの縦軸は、Ｎ単位で示す
力であり、横軸は、秒単位で示す測定経過時間である。
そして、図７の３段目の図は、これらＦｘ及びＦｙから
求めた肩関節のトルクを示し、４段目の図は、肘関節の
トルクを示す。これらの縦軸は、Ｎｍ単位で示すトルク
であり、横軸は、秒単位で示す測定経過時間である。

【００５４】また、図７における、約１．６秒ごとにの
あらわれるピークは、１２方向のうちの一方向に相当
し、最初のピークは、正のＸ方向に等尺性収縮により手
先に力を発生させた場合である。図８は、各筋肉の筋電
信号の測定結果であり、図６に示す測定の際における擬
似張力の測定結果である。

【００５５】各図は、上段から、(1) ＤＬＳ、(2) ＤＬ
Ａ、(3) ＤＬＣ、(4) ＴＥＭ、(5)ＰＭＪ、(6) ＴＲ
Ｌ、(7) ＢＩＬ、(8) ＴＲＡ、(9) ＴＲＭ及び(10)ＢＲ
Ｃの筋電信号である。図８の縦軸は、正規化された筋電
信号であり、横軸は、秒単位で示す測定経過時間であ
る。ＣＰＵ３５は、上述のように計算された関節のトル
クを小さい順に並べ替え、その場合に対応させて擬似張
力も並び替える。そして、その結果を表示装置２５及び
記録装置２６に出力する。この結果を図９に示す。

【００５６】図９は、関節のトルクを小さい順に並べた
場合における擬似張力を示す図である。図９の縦軸は、
正規化された擬似張力を示し、横軸は、Ｎｍ単位で表示
した関節のトルクである。各図は、上段から(1) ＤＬ
Ｓ、(3) ＤＬＣ、(4) ＴＥＭ、(6) ＴＲＬ、(8) ＴＲ
Ａ、(9) ＴＲＭ及び(10)ＢＲＣの場合である。(2) ＤＬ
Ａ、(5) ＰＭＪ、及び、(7) ＢＩＬは、人腕を支えるた
め、測定中において常に平均的に力が発生しているので
省略されている。

【００５７】図９に示されるように、並び替えの結果、
関節の或るトルクにおける擬似張力は、或る幅をもって
分布していることが分かる。例えば、(1) ＤＬＳにおい
て、約−４．５Ｎｍの場合では、ＤＬＳの擬似張力は、
約０．３３乃至約０．７３の範囲に分布している（図９
では、この分布を平均値○で代表させて示している）。
これは、上述したように、運動部位が外部に及ぼす力が
同じでも、即ち、関節のトルクが同じでも、屈筋の張力
と伸筋の張力との組み合わせが無数にあるためである。

【００５８】なお、屈筋（伸筋）の張力が一定の幅を持
って様々に分布するため、これに対応して屈筋（伸筋）
の張力を生じさせる筋電信号も一定の幅を持って様々に
分布することになる。関節の或るトルクにおける或る筋
肉の擬似張力の最小値は、その筋肉を最も効率よく働か
せてそのトルクを発生させた場合の値であると考えられ
る。このため、この擬似張力の最小値をその筋肉の内的
力の基準値にすることが適当である。

【００５９】ＣＰＵ３５は、各筋肉毎にこの最小値を与
える擬似張力Ｔj,min （ｊ＝筋肉の種類）及びその擬似
張力Ｔj,min におけるトルクτj からＴj,min ＝ｆj （τm ）・・・（７-1）を求める。本実施形態では、関数ｆj として１次式を仮
定した。従って、Ｔj,min ＝ａj＋ｂjτm ・・・（７-2）を満たすａj 及びｂj を求める。

【００６０】この式７によって、トルクτm における内
的力基準値が示される。ここで、図９の各図に示す実線
は、ＤＬＳやＤＬＣなどの各筋肉において、式（７-2）
の直線である。一方、運動部位が運動軌跡を描いて運動
している場合では、表面電極２１-1〜２１-10 によって
筋電信号、即ち、擬似張力Ｔj を求めることはできる
が、６軸力覚センサ２３によって筋肉のトルクτj を求
めることができない。このため、擬似張力Ｔj から関節
のトルクτm を求める式８、即ち、トルク・擬似張力関
係式が必要である。

【数４】トルク・擬似張力関係式は、その式８として線形多項式
を仮定し、トルクτmにおいて各擬似張力（各筋電信
号）が或る筋肉の擬似張力Ｔk に寄与する度合いを示す
重み付けα1j、α2j、・・・を算出することによって求
めることができる。このαhjは、図６乃至図８の測定結
果から擬似張力Ｔj 及びτm を仮定した線形多項式に代
入することによって算出する。なお、αhjのｈは、Ｔk
の次数に対応し、δは、オフセット値である。

【００６１】図１０は、肩関節において、式８から求め
たトルクと実測のトルクとの関係を示す図である。各図
は、上段から１０Ｎ、２０Ｎ、３０Ｎ、４０Ｎのそれぞ
れの場合である。そして、実線が式８から求めた肩関節
のトルクであり、破線が実測された肩関節のトルクであ
る。

【００６２】図１０に示すように、実線と破線は、よく
一致しており、式８の的確性が検証された。なお、本実
施形態では、トルク・擬似張力関係式は、線形多項式に
よって求められたが、これに限定されるものではない。
特開平０７−０２８５９２号公報や特開平０７−３６３
６２号公報などに示す神経回路モデル、ラディアルベイ
シス関数など非線形式によってもこの関係式が求められ
る。

【００６３】（内的力の表示）次に、内的力の可視化に
ついて説明する。被験者は、６軸力覚センサ２３から手
を離し、腕の伸屈運動を行う。ＣＰＵ３５は、この際に
表面電極２１-1〜２１-10 によってＬＰＦ３４-1〜３４
-10 から各筋肉の擬似張力Ｔmeを測定する。

【００６４】ＣＰＵ３５は、筋肉毎に測定された擬似張
力Ｔmeを式８のＴk に代入することによってトルクτm
を算出する。そして、ＣＰＵ３５は、この求めたトルク
τmを式７に代入することによって、内的力基準値Ｔj,m
in を算出する。ＣＰＵ３５は、測定された擬似張力Ｔm
e及び算出した内的力基準値Ｔj,min を表示装置２５に
表示するともに記録装置２６に記録する。

【００６５】ＣＰＵ３５は、粘弾性を求めたいトルクτ
m において、筋肉毎に擬似張力Ｔmeから内的力基準値Ｔ
j,min を引く。この差を収縮度と呼ぶことにする。ＣＰ
Ｕ３５は、運動部位の関節、ここでは、肩関節に関し、
その運動において伸ばす動作に関係する筋肉について収
縮度の和を計算する。これを伸筋群収縮度と呼ぶことに
する。

【００６６】ＣＰＵ３５は、運動部位の関節に関し、そ
の運動において曲げる動作に関係する筋肉について収縮
度の和を計算する。これを屈筋群収縮度と呼ぶことにす
る。ＣＰＵ３５は、伸筋群収縮度と屈筋群収縮度の差を
算出することによって粘弾性を求める。ＣＰＵ３５は、
画像入力装置２４から得た被験者の画像及びこの粘弾性
を表示装置に２５に表示する。

【００６７】このようにして、内的力可視化装置は、内
的力である弾性力を表示することによって可視化するこ
とができる。図１１は、人腕を伸ばす動作における収縮
度の同時性を示す図である。

【００６８】図１２は、人腕を曲げる動作における収縮
度の同時性を示す図である。図１１及び図１２の最上段
の図は、肩関節のトルクを示す図であり、その縦軸は、
Ｎｍ単位で表示したトルク、横軸は、秒単位で表示した
時間である。図１１及び図１２の上段２番目の図から最
下段の図は、順に(1) ＤＬＳ、(3) ＤＬＣ、(5) ＰＭ
Ｊ、(6) ＴＲＬ、(7) ＢＩＬを示す。肩関節に関係する
筋肉だけを示す。そして、図１１及び図１２の上段２番
目の図から最下段の図において、実線は、測定された擬
似張力Ｔmeであり、破線は、算出された内的力基準値で
ある。

【００６９】人腕を伸ばす動作において、粘弾性は、次
のように計算される。例えば、時間２２．４秒のトルク
約−１０Ｎにおける粘弾性の場合について説明する。図
１１に示す、ＤＬＳの収縮度Ｄa1、ＤＬＣの収縮度Ｄb
1、ＰＭＪの収縮度Ｄc1、ＴＲＬの収縮度Ｄd1及びＢＩ
Ｌの収縮度Ｄe1をそれぞれ計算する。

【００７０】人腕を伸ばす動作では、伸筋群に属する筋
肉は、ＤＬＳ及びＴＲＬである。これは、内的力基準値
が時間とともに変化していることからも分かる。従っ
て、伸筋群収縮度は、Ｄa1＋Ｄd1で求められる。一方、
人腕を伸ばす動作では、屈筋群に属する筋肉は、ＤＬ
Ｃ、ＰＭＪ及びＢＩＬである。これは、内的力基準値が
時間とともに一定であることからも分かる。従って、屈
筋群収縮度は、Ｄb1＋Ｄc1＋Ｄe1で求められる。

【００７１】これら求めた伸筋群収縮度及び屈筋群収縮
度から、その差を求めることによって、時間２２．４秒
のトルク約−１０Ｎにおける粘弾性が計算される。一
方、時間２２．８秒のトルク約−１０Ｎにおける粘弾性
は、同様に、伸筋群収縮度がＤa2＋Ｄd2で求めら、屈筋
群収縮度がＤb2＋Ｄc2＋Ｄe2で求められ、その差として
求めることができる。

【００７２】図１１から分かるように、Ｄa1とＤa2、Ｄ
b1とＤb2、Ｄc1とＤc2、Ｄd1とＤd2及びＤe1とＤe2は、
それぞれ互いに異なる値である。従って、同じ約−１０
Ｎのトルクであっても、計算された粘弾性は、２２．４
秒と２２．６秒とでは、異なることが分かり、これを表
示することによって内的力を可視化することができる。

【００７３】一方、技能に優れる熟練者に所定の動作を
行わせ、ＣＰＵ３５は、その際における、運動部位の動
作、トルク及び粘弾性をメモリ３６に記録する。そし
て、その技能の取得者にその所定の動作を行わせ、ＣＰ
Ｕ３５は、記録された熟練者の粘弾性、取得者の画像及
び取得者の粘弾性を表示装置２５に表示する。

【００７４】取得者は、表示装置２５に同時に表示され
た熟練者の粘弾性と自己の粘弾性（取得者の粘弾性）と
を比較して、視覚認識することによって、所定の動作に
おける運動部位の硬さの違い及び力の方向の違いを認識
することができる。さらに、この認識によって、取得者
は、自己の粘弾性と熟練者の粘弾性とを一致させるよう
に自己の筋肉を働かせることができるから、熟練者の技
能を取得することができる。

【００７５】図１３は、内的力可視化装置の表示画面を
示す図である。図１３において、図１３の右側には、テ
ニスラケットで素振りをしている取得者の画像が表示さ
れ、左には、手の模式図、その左右にバーメータが表示
されている。バーメータは、素振り中の粘弾性を示して
いる。左のバーメータは、手首関節における伸筋群収縮
度を示し、右のバーメータは、手首関節における屈筋群
収縮度を示している。これらの差が粘弾性である。

【００７６】バーメータの白バーで表示されるレベルが
熟練者の収縮度であり、黒バーが取得者の収縮度であ
る。なお、本実施形態では、熟練者の収縮度を予め測定
してそれを記録・表示するようにしたが、図１（ｂ）に
示す表面電極２１、ＤＩＦＡ３１、ＤＩＶ３２、ＦＷＲ
Ｃ３３及びＬＰＦ３４からなる擬似張力測定部を２組用
意して、熟練者及び取得者の擬似張力を同時に測定し
て、内的力を表示するようにしてもよい。

【００７７】なお、本実施形態においては、人腕につい
て内的力基準値及び内的力を求めたが、他の運動部位に
おける筋肉についても同様に求めることができる。そし
て、本実施形態においては、筋電信号は、表面誘導法に
より測定されたが、これに限定されるものではない。活
動電位を計測できる方法であれば、何でもよい。例え
ば、針電極法でもよい。針電極法は、針状の電極を筋肉
に刺入して筋肉局部の活動電位を記録する方法である。

【００７８】

【発明の効果】本発明の正規化基準値を用いることによ
って、各被験者間において筋電信号を比較することがで
き、さらに、筋電信号から求めた筋肉の擬似張力及び関
節のトルクも比較することができる。そして、本発明に
よれば、内的力基準値を求めることができ、これによっ
て、内的力も求めることができる。このため、外界から
観察される運動部位の力及び運動軌跡だけではなく、運
動部位の粘弾性も求めることができ、さらに、この粘弾
性を表示することができる。

【００７９】従って、従来において取得が困難であった
技能における硬さも容易に取得することができる。ま
た、技能の運動軌跡だけでなく、技能における硬さも記
録及び保存することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態における内的力可視化装置の構成を
示す図である。

【図２】筋電信号から擬似張力を求める各段階における
信号の一例を示す図である。

【図３】表面電極のだいたいの装着位置と筋肉との関係
を示す図である。

【図４】肘関節角度９０度・肩関節角度４５度の２関節
運動における正規化データ取得の状況を示す図である。

【図５】力の軌跡と筋電信号の最大値が記録された位置
とを示す図である。

【図６】各力の軌跡を示す図である。

【図７】力の測定結果及び関節のトルクを示す図であ
る。

【図８】各筋肉の筋電信号の測定結果を示す図である。

【図９】関節のトルクを小さい順に並べた場合における
擬似張力を示す図である。

【図１０】肩関節において、式８から求めたトルクと実
測のトルクとの関係を示す図である。

【図１１】人腕を伸ばす動作における収縮度の同時性を
示す図である。

【図１２】人腕を曲げる動作における収縮度の同時性を
示す図である。

【図１３】内的力可視化装置の表示画面を示す図であ
る。

【符号の説明】

２１表面電極２２信号処理部２３６軸力センサ２４画像入力装置２５表示装置３２割り算回路３４低域通過フィルタ３５中央処理装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】筋電信号を正規化するための正規化基準
値を求める正規化基準値算出方法において、力検出手段が所定の一定力を検出した場合における筋電
信号を複数計測する第１ステップと、前記複数の筋電信号を擬似張力にそれぞれ変換する第２
ステップと、前記複数の擬似張力の中から最大値を求
め、該最大値を正規化基準値とする第３ステップとを備
えることを特徴とする正規化基準値算出方法。
【請求項２】複数の筋肉の活動電位に基づく筋電信号
を検出する筋電信号検出手段と、前記筋肉が発生する張力に対応する擬似張力に前記筋電
信号を変換する変換手段と、力を検出する力検出手段と、前記変換手段と前記力検出手段の出力が入力され、前記
力検出手段に所定の一定力が検出された場合における複
数の擬似張力を計測し、前記複数の擬似張力の中から最
大値を求める正規化基準値算出手段とを備えることを特
徴とする正規化基準値算出装置。
【請求項３】関節の或るトルクにおける内的力を求め
るために、前記関節の或るトルクに対応する内的力基準
値を求める内的力基準値算出方法において、筋電信号と該筋電信号における前記関節を含む運動部位
の先端の力を複数計測する第１ステップと、計測された前記複数の力から前記関節のトルクを計算す
る第２ステップと、前記或るトルクに対応する前記複数の擬似張力の中から
最小値を求め、該最小値を前記或るトルクに対応する内
的力基準値とする第３ステップとを備えることを特徴と
する内的力基準値算出方法。
【請求項４】複数の筋肉の活動電位に基づく筋電信号
を検出する筋電信号検出手段と、前記筋肉が発生する張力に対応する擬似張力に前記筋電
信号を変換する変換手段と、力を検出する力検出手段と、前記変換手段の出力及び前記力検出手段の出力に基づい
て、内的力基準値を求める内的力基準値算出手段とを備
えることを特徴とする内的基準値算出装置。
【請求項５】関節のトルクと該トルクにおける擬似張
力との関係を示すトルク・擬似張力関係式を求める第１
ステップと、関節のトルクと該トルクにおける内的力基準値との関係
を示すトルク・内的力基準値関係式を求める第２ステッ
プと、運動部位に生じた筋電信号を計測する第３ステップと、前記筋電信号を擬似張力に変換する第４ステップと、変換された前記擬似張力から前記トルク・擬似張力関係
式によってトルクを算出し、算出されたトルクからトル
ク・内的力基準値関係式によって内的力基準値を算出す
る第５ステップと、変換された前記擬似張力と算出された前記内的力基準値
との差を算出することによって、前記関節のトルクにお
ける収縮度を求める第６ステップとを備えることを特徴
とする収縮度算出方法。
【請求項６】請求項５に記載の収縮度算出方法によっ
て各筋肉の収縮度を算出する第１ステップと、関節の運動に対して伸筋である筋肉について、算出され
た前記収縮度の和を算出することによって、伸筋群収縮
度を算出する第２ステップと、関節の運動に対して屈筋である筋肉について、算出され
た前記収縮度の和を算出することによって、屈筋群収縮
度を算出する第３ステップと、前記伸筋群収縮度と前記屈筋群収縮度との差を算出する
ことによって、内的力を求める第４ステップとを備える
ことを特徴とする内的力算出方法。
【請求項７】複数の筋肉の活動電位に基づく筋電信号
を検出する筋電信号検出手段と、前記筋肉が発生する張力に対応する擬似張力に前記筋電
信号を変換する変換手段と、力を検出する力検出手段と、前記変換手段の出力及び前記力検出手段の出力に基づい
て、関節のトルクと該トルクにおける擬似張力との関係
を示すトルク・擬似張力関係式を求め、前記関節のトル
クと該トルクにおける内的力基準値との関係を示すトル
ク・内的力基準値関係式を求め、前記擬似張力から前記
トルク・擬似張力関係式によってトルクを算出し算出さ
れたトルクから前記トルク・内的力基準値関係式によっ
て内的力基準値を求め、前記擬似張力と求められた前記
内的力基準値との差を算出することによって前記関節の
トルクにおける収縮度を求める収縮度算出手段と、前記収縮度を表示する表示手段とを備えることを特徴と
する内的力可視化装置。
【請求項８】前記関節の運動に対して伸筋である筋肉
について前記収縮度の和を算出することによって伸筋群
収縮度を算出し、前記関節の運動に対して屈筋である筋
肉について前記収縮度の和を算出することによって屈筋
群収縮度を算出し、前記伸筋群収縮度と前記屈筋群収縮
度との差を算出することによって内的力を求める内的力
算出手段をさらに備え、前記表示手段は、さらに前記内的力を表示することを特
徴とする請求項７に記載の内的力可視化装置。
【請求項９】筋電信号を正規化するための正規化基準
値を求める正規化基準値算出方法において、所定の運動部位に所定の一定力を発生させた場合におけ
る筋電信号を計測する第１ステップと、該第１ステップで計測された筋電信号の中から最大値を
求め、該最大値を正規化基準値とする第２ステップとを
備えることを特徴とする正規化基準値算出方法。